JP6543438B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、過熱保護回路を備えた半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device provided with an overheat protection circuit.
図10は、半導体装置の第1従来例を示す平面図である。第1従来例の半導体装置300は、入力端子PIN11と出力端子PIN12との間に接続されたパワートランジスタ310の導通度を制御することにより、入力電圧Viから所望の出力電圧Voを生成するLDO[low drop-out]レギュレータICである。なお、入力端子PIN11とパッド311との間、及び、出力端子PIN12とパッド312との間は、それぞれ、ワイヤW11及びW12を介してボンディングされている。 FIG. 10 is a plan view showing a first conventional example of a semiconductor device. The semiconductor device 300 according to the first conventional example generates an LDO [a desired output voltage Vo from an input voltage Vi by controlling the conductivity of the power transistor 310 connected between the input terminal PIN11 and the output terminal PIN12]. low drop-out] regulator IC. The input terminal PIN11 and the pad 311 and the output terminal PIN12 and the pad 312 are bonded to each other through the wires W11 and W12, respectively.
図11は、半導体装置の第2従来例を示す平面図である。第2従来例の半導体装置400は、入力端子PIN21と接地端子PIN22との間に直列接続された上側パワートランジスタ410H及び下側パワートランジスタ410Lをオン/オフさせることにより、スイッチ端子PIN23から矩形波状のスイッチ電圧Vswを出力するスイッチングレギュレータICである。なお、入力端子PIN21とパッド411との間、接地端子PIN22とパッド412との間、及び、スイッチ端子PIN23とパッド413との間は、それぞれ、ワイヤW21〜W23を介してボンディングされている。 FIG. 11 is a plan view showing a second conventional example of the semiconductor device. The semiconductor device 400 according to the second conventional example has a rectangular wave shape from the switch terminal PIN23 by turning on / off the upper power transistor 410H and the lower power transistor 410L connected in series between the input terminal PIN21 and the ground terminal PIN22. It is a switching regulator IC that outputs a switch voltage Vsw. Note that bonding is performed between the input terminal PIN21 and the pad 411, between the ground terminal PIN22 and the pad 412, and between the switch terminal PIN23 and the pad 413 via wires W21 to W23, respectively.
上記のパワートランジスタ310、並びに、上側パワートランジスタ410H及び下側パワートランジスタ410Lは、それぞれ、半導体装置300及び400の動作時に発熱源となる。そのため、半導体装置300及び400には、ジャンクション温度が閾値温度を上回ったときに保護動作を掛ける過熱保護回路320及び420が組み込まれている。 The above-described power transistor 310, and the upper power transistor 410H and the lower power transistor 410L become heat sources during operation of the semiconductor devices 300 and 400, respectively. Therefore, overheat protection circuits 320 and 420 are incorporated in the semiconductor devices 300 and 400 for performing a protection operation when the junction temperature exceeds the threshold temperature.
なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献1を挙げることができる。 In addition, patent document 1 can be mentioned as an example of the prior art relevant to the above.
ところで、従来の半導体装置では、発熱源と過熱保護回路との距離を縮めることにより過熱保護回路の感度や精度を高めていた。 In the conventional semiconductor device, the sensitivity and accuracy of the overheat protection circuit are enhanced by reducing the distance between the heat source and the overheat protection circuit.
しかしながら、図10で示したように、発熱源となるパワートランジスタ310の素子サイズが大きい場合には、パワートランジスタ310の内部で最も高温となる部分HSからパワートランジスタ310の端縁部に至るまでの間に不可避的な温度勾配が生じる。そのため、パワートランジスタ310と過熱保護回路320との距離をいくら縮めても正確に熱検出を行うことができない場合があった。 However, as shown in FIG. 10, when the element size of the power transistor 310 serving as a heat source is large, the temperature from the portion HS which is the highest temperature inside the power transistor 310 to the edge of the power transistor 310 Unavoidable temperature gradients occur between them. Therefore, there is a case where heat detection can not be accurately performed even if the distance between the power transistor 310 and the overheat protection circuit 320 is reduced.
また、図11で示したように、発熱源となる上側パワートランジスタ410H及び下側パワートランジスタ410Lがオン/オフされる場合には、スイッチングノイズによる過熱保護回路420の誤動作を防ぐために、上側パワートランジスタ410H及び下側パワートランジスタ410Lと過熱保護回路420との距離を開けたり、両者の間に緩衝帯430を設置したりする必要があった。そのため、過熱保護回路420の感度や精度が低下してしまっていた。 Further, as shown in FIG. 11, when the upper power transistor 410H and the lower power transistor 410L as heat sources are turned on / off, the upper power transistor is prevented in order to prevent malfunction of the overheat protection circuit 420 due to switching noise. It is necessary to increase the distance between the 410H and the lower power transistor 410L and the overheat protection circuit 420, or to place a buffer band 430 between them. Therefore, the sensitivity and accuracy of the overheat protection circuit 420 have been reduced.
なお、特許文献1の従来技術は、あくまで、回路基板(プリント配線基板)上に搭載されたディスクリート部品間(パワー素子(熱源部)から温度センサ(熱検出部))での温度伝達遅れや温度検出値オフセットを低減するものであり、半導体装置に集積化された過熱保護回路の感度や精度を向上するものではなかった。 In the prior art of Patent Document 1, the temperature transfer delay or temperature between discrete components (power element (heat source portion) to temperature sensor (heat detection portion)) mounted on a circuit board (printed wiring board) It is intended to reduce the detection value offset and not to improve the sensitivity and accuracy of the overheat protection circuit integrated in the semiconductor device.
本発明は、本願の発明者が見出した上記の課題に鑑み、半導体装置に集積化された過熱保護回路の感度や精度を向上し、安全性の高い半導体装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems found by the inventors of the present invention, it is an object of the present invention to provide a semiconductor device with high safety by improving the sensitivity and accuracy of the overheat protection circuit integrated in the semiconductor device.
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体装置は、半導体基板上に形成された発熱源及び熱検出素子と、前記半導体基板よりも高い熱伝導率を持ち前記発熱源及び前記熱検出素子の双方に跨って形成された熱伝導部材と、を集積化して成る構成(第1の構成)とされている。 In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention comprises a heat generation source and a heat detection element formed on a semiconductor substrate, and a heat conductivity and a heat detection element having thermal conductivity higher than that of the semiconductor substrate. And a heat conducting member formed across the both, and integrated (first configuration).
なお、第1の構成から成る半導体装置において、前記熱伝導部材は、前記発熱源と電気的に接続された配線パターンの一部を前記熱検出素子まで引き回して形成されている構成(第2の構成)にするとよい。 In the semiconductor device having the first configuration, the heat conduction member is formed by drawing a part of a wiring pattern electrically connected to the heat source to the heat detection element (second Configuration).
また、第2の構成から成る半導体装置において、前記熱伝導部材として流用される配線パターンは、前記発熱源と電気的に接続された複数の配線パターンのうち、最もノイズの重畳が少ない配線パターンである構成(第3の構成)にするとよい。 In the semiconductor device having the second configuration, the wiring pattern to be diverted as the heat conducting member is a wiring pattern with the least noise superposition among the plurality of wiring patterns electrically connected to the heat source. It is preferable to use a certain configuration (third configuration).
また、第2または第3の構成から成る半導体装置において、前記熱伝導部材として流用される配線パターンは、前記熱検出素子と電気的に接続されていない構成(第4の構成)にするとよい。 Further, in the semiconductor device having the second or third configuration, the wiring pattern used as the heat conduction member may have a configuration (fourth configuration) which is not electrically connected to the heat detection element.
また、第1の構成から成る半導体装置において、前記熱伝導部材は、前記発熱源及び前記熱検出素子のいずれとも電気的に接続されていないダミー配線パターンを用いて形成されている構成(第5の構成)にするとよい。 Further, in the semiconductor device having the first configuration, the heat conduction member is formed using a dummy wiring pattern which is not electrically connected to any of the heat generation source and the heat detection element (fifth embodiment). Configuration).
また、第5の構成から成る半導体装置において、前記熱伝導部材は、接地端に接続されている構成(第6の構成)にするとよい。 Further, in the semiconductor device having the fifth configuration, the heat conduction member may be configured to be connected to a ground end (sixth configuration).
また、第1〜第6いずれかの構成から成る半導体装置において、前記熱伝導部材は、前記半導体基板上に積層形成された複数の配線層のうち、少なくとも1層の配線層を用いて形成されている構成(第7の構成)にするとよい。 In the semiconductor device having any one of the first to sixth configurations, the heat conduction member is formed using at least one wiring layer among the plurality of wiring layers formed on the semiconductor substrate. (7th configuration).
また、第1〜第7いずれかの構成から成る半導体装置において、前記熱伝導部材は、前記半導体基板上に積層形成された複数の配線層のうち、最も熱伝導率の高い配線層を用いて形成されている構成(第8の構成)にするとよい。 In the semiconductor device having any one of the first to seventh configurations, the heat conducting member is formed by using a wiring layer having the highest thermal conductivity among a plurality of wiring layers formed on the semiconductor substrate. It is good to set it as the structure (8th structure) currently formed.
また、第1〜第8いずれかの構成から成る半導体装置において、前記発熱源は、パワートランジスタである構成(第9の構成)にするとよい。 In the semiconductor device having any one of the first to eighth configurations, the heat source may be a power transistor (ninth configuration).
また、本発明に係る電子機器は、第1〜第9いずれかの構成から成る半導体装置を有する構成(第10の構成)とされている。 Further, an electronic device according to the present invention is configured to have a semiconductor device having any of the first to ninth configurations (10th configuration).
本発明によれば、半導体装置に集積化された過熱保護回路の感度や精度を向上することが可能となり、延いては、半導体装置の安全性を高めることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to improve the sensitivity and accuracy of the overheat protection circuit integrated in the semiconductor device, and in turn, it is possible to improve the safety of the semiconductor device.
<第1実施形態>
図1は、半導体装置の第1実施形態(LDOレギュレータICへの適用)を示す模式図である。なお、本図の(A)欄は半導体装置1の平面図(上面図)であり、(B)欄は半導体装置1のブロック図である。
First Embodiment
FIG. 1 is a schematic view showing a first embodiment (application to an LDO regulator IC) of a semiconductor device. In the drawing, (A) column is a plan view (top view) of the semiconductor device 1 and (B) column is a block diagram of the semiconductor device 1.
第1実施形態の半導体装置1は、Pチャネル型MOS[metal oxide semiconductor]電界効果トランジスタ10と、オペアンプ20と、過熱保護回路30と、抵抗40a及び40bと、配線パターン50及び60と、パッド70及び80と、を有する。 The semiconductor device 1 according to the first embodiment includes a P-channel MOS (metal oxide semiconductor) field effect transistor 10, an operational amplifier 20, an overheat protection circuit 30, resistors 40a and 40b, wiring patterns 50 and 60, and a pad 70. And 80.
トランジスタ10は、半導体基板に集積化されたパワートランジスタであり、パッド70(入力電圧Viの入力端)とパッド80(出力電圧Voの出力端)との間に接続されている。接続関係について具体的に説明すると、トランジスタ10のソースは、配線パターン50を介してパッド70と接続されている。トランジスタ10のドレインは、配線パターン60を介してパッド80と接続されている。トランジスタ10のゲートは、オペアンプ20の出力端に接続されている。 The transistor 10 is a power transistor integrated on a semiconductor substrate, and is connected between the pad 70 (input end of the input voltage Vi) and the pad 80 (output end of the output voltage Vo). Specifically describing the connection relationship, the source of the transistor 10 is connected to the pad 70 via the wiring pattern 50. The drain of the transistor 10 is connected to the pad 80 via the wiring pattern 60. The gate of the transistor 10 is connected to the output end of the operational amplifier 20.
オペアンプ20は、非反転入力端(+)に印加される帰還電圧Vfb(出力電圧Voの分圧電圧)と、反転入力端(−)に印加される基準電圧Vrefとが一致(イマジナリーショート)するように、トランジスタ10のゲート電圧を生成する。このような出力帰還制御を行うことにより、入力電圧Viから所望の出力電圧Voを生成することができる。 In the operational amplifier 20, the feedback voltage Vfb (a divided voltage of the output voltage Vo) applied to the non-inverting input terminal (+) matches the reference voltage Vref applied to the inverting input terminal (−) (imaginary short) To generate the gate voltage of the transistor 10. By performing such output feedback control, a desired output voltage Vo can be generated from the input voltage Vi.
過熱保護回路30は、半導体基板に集積化された熱検出素子31を含み、ジャンクション温度Tjが所定の閾値温度Tjmax(例えば150℃や175℃)を上回っているか否かを監視して過熱保護信号S1を生成する。オペアンプ20は、過熱保護信号S1が過熱検出時の論理レベル(例えばローレベル)になると、帰還電圧Vfbに依ることなくトランジスタ10のゲート電圧を引き上げてトランジスタ10を強制的にオフさせる。このような過熱保護動作により、半導体装置1の安全性を高めることができる。 The overheat protection circuit 30 includes the heat detection element 31 integrated on the semiconductor substrate, and monitors whether the junction temperature Tj exceeds a predetermined threshold temperature Tjmax (for example, 150 ° C. or 175 ° C.) to thereby prevent the overheat protection signal. Generate S1. When the overheat protection signal S1 becomes a logic level (for example, low level) at the time of overheat detection, the operational amplifier 20 raises the gate voltage of the transistor 10 regardless of the feedback voltage Vfb to forcibly turn off the transistor 10. Such overheat protection operation can enhance the safety of the semiconductor device 1.
抵抗40a及び40bは、パッド80(出力電圧Voの出力端)と接地端との間に接続されており、互いの接続ノードから帰還電圧Vfbを出力する抵抗分圧回路を形成する。 The resistors 40a and 40b are connected between the pad 80 (the output end of the output voltage Vo) and the ground end, and form a resistive voltage dividing circuit that outputs the feedback voltage Vfb from the connection node of each other.
配線パターン50は、トランジスタ10のソースとパッド70とを電気的に接続する導電部材(入力ライン)である。また、配線パターン60は、トランジスタ10のドレインとパッド80とを電気的に接続する導電部材(出力ライン)である。なお、配線パターン50及び60は、いずれも、導電率の高い金属(アルミニウム、銅、銀、または、金)をパターニングすることによって形成される。 The wiring pattern 50 is a conductive member (input line) that electrically connects the source of the transistor 10 and the pad 70. The wiring pattern 60 is a conductive member (output line) that electrically connects the drain of the transistor 10 and the pad 80. Each of the wiring patterns 50 and 60 is formed by patterning a metal (aluminum, copper, silver, or gold) having high conductivity.
パッド70は、入力電圧Viの入力端に相当する金属電極であり、不図示の入力端子にワイヤボンディングされている。また、パッド80は、出力電圧Voの出力端に相当する金属電極であり、不図示の出力端子にワイヤボンディングされている。 The pad 70 is a metal electrode corresponding to the input end of the input voltage Vi, and is wire-bonded to an input terminal (not shown). The pad 80 is a metal electrode corresponding to the output end of the output voltage Vo, and is wire-bonded to an output terminal (not shown).
ここで、第1実施形態の半導体装置1では、過熱保護回路30の回路構成ではなく、半導体基板上の配線レイアウトパターンに工夫を凝らすことにより、過熱保護回路30の感度や精度を向上している。より具体的に述べると、第1実施形態の半導体装置1では、発熱源となるトランジスタ10のドレインと電気的に接続された配線パターン60の一部を熱検出素子31まで引き回すことにより、熱検出素子31にオーバーラップした熱伝導部材60Xが形成されている。なお、熱伝導部材60Xは、必ずしも熱検出素子31と電気的に接続する必要はない。 Here, in the semiconductor device 1 of the first embodiment, sensitivity and accuracy of the overheat protection circuit 30 are improved by devising not the circuit configuration of the overheat protection circuit 30 but the wiring layout pattern on the semiconductor substrate. . More specifically, in the semiconductor device 1 according to the first embodiment, heat detection is performed by routing a part of the wiring pattern 60 electrically connected to the drain of the transistor 10 serving as a heat source to the heat detection element 31. A heat conducting member 60 </ b> X overlapping the element 31 is formed. The heat conducting member 60 </ b> X does not necessarily have to be electrically connected to the heat detecting element 31.
従来、配線パターンを介した熱伝導については特に注目されておらず、熱は、主にシリコン製の半導体基板(熱伝導率λ=115[W/m・K]@100℃)を伝わって発熱源から熱検出部に届いていた。 Heretofore, no particular attention has been paid to heat conduction through wiring patterns, and heat is generated mainly through a semiconductor substrate made of silicon (heat conductivity λ = 115 [W / m · K] @ 100 ° C.) It reached the heat detection unit from the source.
一方、第1実施形態の半導体装置1では、シリコンよりも熱伝導率の高いアルミニウム(λ=232[W/m・K]@100℃)で形成された配線パターン60及び熱伝導部材60Xを伝わってトランジスタ10から熱検出素子31に熱が届くので、従来よりも熱が速く伝わるようになる。また、アルミニウムを始めとする金属の熱伝導率は一般に正の温度依存性を持つので、過熱保護回路30の閾値温度Tjmax(150℃や175℃)付近では、アルミニウムの熱伝導率がシリコンの熱伝導率の2〜4倍になる。従って、過熱保護回路30では、正確かつ迅速にトランジスタ10の発熱を検出することができるようになるので、過熱保護回路30の感度や精度を向上することが可能となる。 On the other hand, in the semiconductor device 1 of the first embodiment, the wiring pattern 60 formed of aluminum (λ = 232 [W / m · K] @ 100 ° C.) having a thermal conductivity higher than that of silicon and the heat conducting member 60X are transmitted. Since the heat reaches the heat detection element 31 from the transistor 10, the heat is transferred faster than in the prior art. In addition, since the thermal conductivity of metals including aluminum generally has positive temperature dependency, the thermal conductivity of aluminum is the heat of silicon near the threshold temperature Tjmax (150 ° C. or 175 ° C.) of the overheat protection circuit 30. 2 to 4 times the conductivity. Therefore, in the overheat protection circuit 30, the heat generation of the transistor 10 can be detected accurately and quickly, so that the sensitivity and accuracy of the overheat protection circuit 30 can be improved.
また、第1実施形態の半導体装置1では、トランジスタ10と電気的に接続された配線パターン60を一部流用して熱伝導部材60Xが形成されている。このような構成とすることにより、配線パターン50及び60の既存設計を殆ど変えることなく、熱伝導部材60Xを形成することが可能となる。 Further, in the semiconductor device 1 of the first embodiment, the heat conduction member 60X is formed by diverting a part of the wiring pattern 60 electrically connected to the transistor 10. With such a configuration, the heat conduction member 60X can be formed without substantially changing the existing design of the wiring patterns 50 and 60.
なお、本明細書中では、説明の便宜上、配線パターン60の一部(熱検出素子31に引き回された延伸部分)を指して熱伝導部材60Xと呼称しているが、配線パターン60と熱伝導部材60Xは、あくまで一体的に成型された一つの部材であり、トランジスタ10で発生した熱は、配線パターン60及び熱伝導部材60Xの双方を伝わって熱検出素子31に達する。従って、熱伝導部材60Xのみならず、これと一体的に成型された配線パターン60自体も熱伝導部材として機能することは言うまでもない。 In the present specification, for convenience of explanation, a part of the wiring pattern 60 (an extended portion drawn around the heat detection element 31) is referred to as a heat conducting member 60X. The conductive member 60X is one member integrally molded to the last, and the heat generated in the transistor 10 is transmitted to both the wiring pattern 60 and the heat conductive member 60X to reach the heat detection element 31. Therefore, it goes without saying that not only the heat conducting member 60X but also the wiring pattern 60 itself molded integrally with this functions as the heat conducting member.
また、第1実施形態の半導体装置1では、トランジスタ10と電気的に接続された配線パターン50及び60のうち、よりノイズの重畳が少ない配線パターン60を一部流用して熱伝導部材60Xが形成されている。このような構成とすることにより、ノイズによる過熱保護回路30の誤動作を低減することが可能となる。なお、配線パターン50及び60のノイズ重畳量にさほど変わりがないのであれば、いずれを流用して熱伝導部材を形成しても構わない。 Further, in the semiconductor device 1 of the first embodiment, the heat conduction member 60X is formed by partially diverting the wiring pattern 60 having less noise superposition among the wiring patterns 50 and 60 electrically connected to the transistor 10 It is done. With such a configuration, it is possible to reduce the malfunction of the overheat protection circuit 30 due to noise. As long as the noise superposition amount of the wiring patterns 50 and 60 does not change so much, either one may be diverted to form the heat conduction member.
また、熱伝導部材60X(延いては配線パターン60)の素材は、先に例示したアルミニウム(λ=232[W/m・K]@100℃)に限定されるものではなく、より熱伝導率の高い他金属(例えば、銅(λ=395[W/m・K]@100℃)、銀(λ=422[W/m・K]@100℃)、ないしは、金(λ=313[W/m・K]@100℃)など)を用いても構わない。 Further, the material of the heat conducting member 60X (and thus the wiring pattern 60) is not limited to the aluminum (λ = 232 [W / m · K] @ 100 ° C.] exemplified above, and the heat conductivity is further increased. Other metals (eg, copper (λ = 395 [W / m · K] @ 100 ° C.), silver (λ = 422 [W / m · K] @ 100 ° C.), or gold (λ = 313 [W / M · K] @ 100 ° C.) etc. may be used.
<過熱保護回路>
図2は、過熱保護回路30の一構成例を示す回路図である。本構成例の過熱保護回路30は、npn型バイポーラトランジスタ31(先の熱検出素子31に相当するので、以下では同符号を付して説明する)と、バンドギャップ電源部32と、抵抗33〜35と、インバータ36及び37と、を含む。
<Overheat protection circuit>
FIG. 2 is a circuit diagram showing one configuration example of the overheat protection circuit 30. As shown in FIG. The overheat protection circuit 30 of this configuration example is an npn-type bipolar transistor 31 (which corresponds to the heat detection element 31 described above, and therefore will be described with the same reference numeral hereinafter), a band gap power supply unit 32, and resistors 33 to 33. 35 and inverters 36 and 37.
バンドギャップ電源部32は、電源電圧Vccや周囲温度に依存しない一定のバンドギャップ電圧VBGを生成する。抵抗33及び34は、バンドギャップ電圧VBGの印加端と接地端との間に直列接続されており、互いの接続ノードから分圧電圧Vdを出力する抵抗分圧回路を形成している。 The band gap power supply unit 32 generates a constant band gap voltage VBG which does not depend on the power supply voltage Vcc or the ambient temperature. The resistors 33 and 34 are connected in series between the application end of the band gap voltage VBG and the ground end, and form a resistive voltage dividing circuit that outputs a divided voltage Vd from the connection node of each other.
トランジスタ31のベースは、分圧電圧Vdの印加端に接続されている。トランジスタ31のエミッタは、接地端に接続されている。トランジスタ31のコレクタは、抵抗35の第1端とインバータ36の入力端に接続されている。抵抗35の第2端は、電源電圧Vccの印加端に接続されている。インバータ36の出力端は、インバータ37の入力端に接続されている。インバータ37の出力端は、過熱保護信号S1の出力端に相当する。 The base of the transistor 31 is connected to the application end of the divided voltage Vd. The emitter of the transistor 31 is connected to the ground terminal. The collector of the transistor 31 is connected to the first end of the resistor 35 and the input end of the inverter 36. The second end of the resistor 35 is connected to the application end of the power supply voltage Vcc. The output end of the inverter 36 is connected to the input end of the inverter 37. The output terminal of the inverter 37 corresponds to the output terminal of the overheat protection signal S1.
本構成例の過熱保護回路30では、トランジスタ31のベース・エミッタ間電圧Vbe(ダイオードの順方向降下電圧Vfに相当)が負の温度特性を持つことを利用して、過熱保護信号S1の論理レベルが切り替えられる。以下では、より具体的な動作説明を行う。 In the overheat protection circuit 30 of this configuration example, the logic level of the overheat protection signal S1 is utilized by utilizing that the base-emitter voltage Vbe of the transistor 31 (corresponding to the forward drop voltage Vf of the diode) has negative temperature characteristics. Is switched. A more specific operation will be described below.
半導体装置1のジャンクション温度Tjが高いほど、トランジスタ10のベース・エミッタ間電圧Vbeが低くなる。従って、半導体装置1のジャンクション温度Tjが高いほど、トランジスタ10に流れるコレクタ電流が増大して、抵抗35での電圧降下量が大きくなり、トランジスタ10のコレクタ電圧(インバータ36の入力端電圧)が低下する。 As the junction temperature Tj of the semiconductor device 1 is higher, the base-emitter voltage Vbe of the transistor 10 is lower. Therefore, as the junction temperature Tj of the semiconductor device 1 is higher, the collector current flowing to the transistor 10 is increased, the voltage drop amount at the resistor 35 is increased, and the collector voltage of the transistor 10 (voltage at the input end of the inverter 36) is decreased. Do.
ここで、過熱保護回路30は、半導体装置1のジャンクション温度Tjが閾値温度Tjmaxよりも低いときには、トランジスタ31のコレクタ電圧がインバータ36の閾値電圧を上回るように設計されている。従って、過熱未検出時(Tj<Tjmax)には、過熱保護信号S1がハイレベルとなる。 Here, the overheat protection circuit 30 is designed such that the collector voltage of the transistor 31 exceeds the threshold voltage of the inverter 36 when the junction temperature Tj of the semiconductor device 1 is lower than the threshold temperature Tjmax. Therefore, when the overheat is not detected (Tj <Tjmax), the overheat protection signal S1 becomes high level.
一方、半導体装置1のジャンクション温度Tjが閾値温度Tjmaxを上回り、トランジスタ31のコレクタ電圧がインバータ36の閾値電圧を下回ると、インバータ36及び37の出力論理レベルが切り替わる。従って、過熱検出時(Tj≧Tjmax)には、過熱保護信号S1がハイレベルからローレベルに切り替わる。 On the other hand, when junction temperature Tj of semiconductor device 1 exceeds threshold temperature Tjmax and the collector voltage of transistor 31 falls below the threshold voltage of inverter 36, the output logic levels of inverters 36 and 37 are switched. Therefore, when the overheat is detected (Tj ハ イ Tjmax), the overheat protection signal S1 is switched from the high level to the low level.
このように、熱検出素子としてトランジスタ31を用いる場合には、当該トランジスタ31とオーバーラップするように、先述の熱伝導部材60Xを形成すればよい。 As described above, when the transistor 31 is used as the heat detection element, the above-described heat conduction member 60X may be formed so as to overlap with the transistor 31.
<縦構造>
図3は、配線パターンの第1例(2層型)を示す模式図である。なお、本図の(A)欄は半導体装置1の平面図(上面図)であり、(B)欄は半導体装置1のA1−A2縦断面図である。本図で示した第1例では、半導体基板上に2層の配線層L1及びL2が積層形成されている。1層目(下層)の配線層L1は、トランジスタ10(発熱源)と電気的に接続された配線パターン101と、トランジスタ31(熱検出素子)と電気的に接続された配線パターン102を含む。2層目(上層)の配線層L2は、トランジスタ10(発熱源)とトランジスタ31(熱検出素子)の双方に跨って形成された配線パターン103を含む。配線パターン101と配線パターン103とは、ビア104を介して電気的に接続されている。配線パターン102と配線パターン103とは電気的に接続されていない。
<Vertical structure>
FIG. 3 is a schematic view showing a first example (two-layer type) of the wiring pattern. In the drawing, (A) column is a plan view (top view) of the semiconductor device 1, and (B) column is an A1-A2 longitudinal sectional view of the semiconductor device 1. In the first example shown in the figure, two wiring layers L1 and L2 are stacked on a semiconductor substrate. The wiring layer L1 of the first layer (lower layer) includes a wiring pattern 101 electrically connected to the transistor 10 (heat generation source) and a wiring pattern 102 electrically connected to the transistor 31 (heat detection element). The second (upper) wiring layer L2 includes a wiring pattern 103 formed across both the transistor 10 (heat generation source) and the transistor 31 (heat detection element). The wiring pattern 101 and the wiring pattern 103 are electrically connected via the vias 104. The wiring pattern 102 and the wiring pattern 103 are not electrically connected.
配線層L2の配線パターン103に着目すると、トランジスタ10とのオーバーラップ部分が先の配線パターン60に相当し、トランジスタ10の端縁部からトランジスタ31に向けて引き回されている延出部分が先の熱伝導部材60Xに相当する。このように、熱伝導部材60Xは、半導体基板上に積層形成された配線層L1及びL2のうち、少なくとも1層の配線層を用いて形成すればよい。 Focusing on the wiring pattern 103 of the wiring layer L2, the overlapping portion with the transistor 10 corresponds to the above wiring pattern 60, and the extended portion drawn around from the edge of the transistor 10 toward the transistor 31 is first Corresponds to the heat conduction member 60X. As described above, the heat conducting member 60X may be formed using at least one of the wiring layers L1 and L2 stacked on the semiconductor substrate.
図4は、配線パターンの第2例(3層型)を示す平面図である。なお、本図の(A)欄では、半導体基板上に形成されたトランジスタ10及び31が描写されている。トランジスタ10は、ソース領域10S、ドレイン領域10D、及び、ゲート酸化膜10Gによって形成される単位トランジスタを複数並列に接続したものである。 FIG. 4 is a plan view showing a second example (three-layer type) of the wiring pattern. In the column (A) of this figure, the transistors 10 and 31 formed on the semiconductor substrate are depicted. The transistor 10 is formed by connecting a plurality of unit transistors formed by the source region 10S, the drain region 10D, and the gate oxide film 10G in parallel.
本図(B)欄では、トランジスタ10及び31の上部に形成された1層目(下層)の配線層L1が描写されている。ソース領域10Sの上部には、当該領域とコンタクトが取られたソース配線パターンL1Sが形成されている。ドレイン領域10Dの上部には、当該領域とコンタクトが取られたドレイン配線パターンL1Dが形成されている。また、トランジスタ10の周縁部分には、ゲート絶縁膜10Gとコンタクトが取られたゲート配線パターンL1Gが環状に形成されている。また、トランジスタ31の上部には、コレクタ配線パターンL1C、エミッタ配線パターンL1E、及び、ベース配線パターンL1Bがそれぞれ形成されている。 In the column (B) of the figure, the first (lower) wiring layer L1 formed on the top of the transistors 10 and 31 is depicted. A source wiring pattern L1S in contact with the source region 10S is formed on the source region 10S. A drain wiring pattern L1D in contact with the drain region 10D is formed above the drain region 10D. Further, in the peripheral portion of the transistor 10, a gate wiring pattern L1G in contact with the gate insulating film 10G is annularly formed. Further, a collector wiring pattern L1C, an emitter wiring pattern L1E, and a base wiring pattern L1B are respectively formed on the transistor 31.
本図(C)欄では、配線層L1の上部に形成された2層目(中層)の配線層L2が描写されている。配線層L2には、ソース配線パターンL2S及びドレイン配線パターンL2Dが形成されている。ソース配線パターンL1S及びドレイン配線パターンL1Dと、ソース配線パターンL2S及びドレイン配線パターンL2Dとは、各々の延伸方向が互いに直交している。ソース配線パターンL1Sとソース配線パターンL2Sとの間には、互いのオーバーラップ箇所を電気的に接続するビアV1Sが形成されている。ドレイン配線パターンL1Dとドレイン配線パターンL2Dとの間には、互いのオーバーラップ箇所を電気的に接続するビアV1Dが形成されている。また、コレクタ配線パターンL1C、エミッタ配線パターンL1E、及び、ベース配線パターンL1Bの上部には、熱伝導部材L2Xが形成されている。ただし、各配線パターンL1(C、E、B)と熱伝導部材L2Xとの間は電気的に接続されていない。 In the column (C) of the figure, a second (middle) wiring layer L2 formed on the upper side of the wiring layer L1 is depicted. A source wiring pattern L2S and a drain wiring pattern L2D are formed in the wiring layer L2. The extending directions of the source wiring pattern L1S and the drain wiring pattern L1D, and the source wiring pattern L2S and the drain wiring pattern L2D are orthogonal to each other. A via V1S is formed between the source wiring pattern L1S and the source wiring pattern L2S to electrically connect the overlapping portions. A via V1D is formed between the drain wiring pattern L1D and the drain wiring pattern L2D to electrically connect the overlapping portions. A heat conducting member L2X is formed on the collector wiring pattern L1C, the emitter wiring pattern L1E, and the base wiring pattern L1B. However, the wiring patterns L1 (C, E, B) and the heat conducting member L2X are not electrically connected.
本図(D)欄では、配線層L2の上部に形成された3層目(上層)の配線層L3が描写されている。配線層L3には、ソース配線パターンL3S及びドレイン配線パターンL3Dが形成されている。ソース配線パターンL3Sは、半導体装置10の一方の半面を覆うように形成されており、ビアV2Sを介してソース配線パターンL2Sと電気的に接続されている。ドレイン配線パターンL3Dは、半導体装置10の他方の半面を覆うように形成されており、ビアV2Dを介してドレイン配線パターンL2Dと電気的に接続されている。また、ドレイン配線パターンL3Dの一部は、熱伝導部材L3Xとして、熱伝導部材L2Xとオーバーラップする領域まで引き回されている。なお、熱伝導部材L3Xと熱伝導部材L2Xとの間には、互いを連結するビアV2Xが形成されている。 In the column (D) of the figure, the third (upper) wiring layer L3 formed on the upper side of the wiring layer L2 is depicted. A source wiring pattern L3S and a drain wiring pattern L3D are formed in the wiring layer L3. The source wiring pattern L3S is formed to cover one half surface of the semiconductor device 10, and is electrically connected to the source wiring pattern L2S via the via V2S. The drain wiring pattern L3D is formed to cover the other half surface of the semiconductor device 10, and is electrically connected to the drain wiring pattern L2D through the via V2D. Further, a part of the drain wiring pattern L3D is drawn as a heat conducting member L3X to a region overlapping with the heat conducting member L2X. A via V2X connecting the heat conducting member L3X and the heat conducting member L2X is formed between the heat conducting member L3X and the heat conducting member L2X.
図5は、配線パターンの第2例(3層型)を示す縦断面図であり、図4で示した配線パターンの縦断面図に相当する。本図の第2例では、半導体基板上に3層の配線層L1〜L3が積層形成されている。1層目(下層)の配線層L1は、トランジスタ10(発熱源)と電気的に接続された配線パターン111と、トランジスタ31(熱検出素子)と電気的に接続された配線パターン112を含む。2層目(中層)の配線層L2は、配線パターン111の上部に形成された配線パターン113と、配線パターン112の上部に形成された配線パターン114を含む。3層目(上層)の配線層L3は、トランジスタ10(発熱源)とトランジスタ31(熱検出素子)の双方に跨って形成された配線パターン115を含む。なお、配線パターン111と配線パターン113との間、配線パターン113と配線パターン115との間、及び、配線パターン114と配線パターン115との間は、それぞれ、ビア116〜118を介して電気的に接続されている。一方、配線パターン112と配線パターン114とは、電気的に接続されていない。 FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a second example (three-layer type) of the wiring pattern, and corresponds to the longitudinal sectional view of the wiring pattern shown in FIG. In the second example of this figure, three wiring layers L1 to L3 are stacked on the semiconductor substrate. The wiring layer L1 of the first layer (lower layer) includes a wiring pattern 111 electrically connected to the transistor 10 (heat generation source) and a wiring pattern 112 electrically connected to the transistor 31 (heat detection element). The second (middle) wiring layer L 2 includes a wiring pattern 113 formed on the top of the wiring pattern 111 and a wiring pattern 114 formed on the top of the wiring pattern 112. The third (upper) wiring layer L3 includes a wiring pattern 115 formed across both the transistor 10 (heat generation source) and the transistor 31 (heat detection element). Note that, between the wiring pattern 111 and the wiring pattern 113, between the wiring pattern 113 and the wiring pattern 115, and between the wiring pattern 114 and the wiring pattern 115, respectively, electrically via the vias 116 to 118. It is connected. On the other hand, the wiring pattern 112 and the wiring pattern 114 are not electrically connected.
配線層L3の配線パターン115に着目すると、トランジスタ10とのオーバーラップ部分が先のドレイン配線パターンL3Dに相当し、トランジスタ10の端縁部からトランジスタ31の上部まで引き回されている延出部分が先の熱伝導部材L3Xに相当する(図4(D)を参照)。また、配線層L2の配線パターン114は、先の熱伝導部材L2Xに相当する(図4(C)を参照)。このように、3層(ないしはそれ以上)の配線層を有する半導体装置では、最上層の配線層と熱検出素子との縦方向距離が大きくなるので、中層以下の配線層も用いて縦方向に熱伝導部材を積層形成することが望ましい。 Focusing on the wiring pattern 115 of the wiring layer L3, the overlapping portion with the transistor 10 corresponds to the drain wiring pattern L3D, and the extending portion routed from the edge of the transistor 10 to the upper portion of the transistor 31 is It corresponds to the previous heat conducting member L3X (see FIG. 4D). The wiring pattern 114 of the wiring layer L2 corresponds to the above-described heat conduction member L2X (see FIG. 4C). As described above, in the semiconductor device having three (or more) wiring layers, the vertical distance between the uppermost wiring layer and the heat detecting element is increased, so the middle and lower wiring layers are also used in the vertical direction. It is desirable to stack the heat conducting members.
また、複数の配線層が別々の素材で形成されている場合、熱伝導部材は、最も熱伝導率の高い配線層を用いて形成することが望ましい。例えば、配線層L1がアルミニウムで形成されており、配線層L2及びL3が銅で形成されている場合には、より熱伝導率の高い配線層L2及びL3を用いて熱伝導部材L2X及びL3Xを形成することが望ましい。言い換えると、熱伝導部材として用いられる配線層は、他の配線層よりも熱伝導率の高い素材で形成することが望ましい。 When the plurality of wiring layers are formed of different materials, it is desirable that the heat conducting member be formed using a wiring layer having the highest thermal conductivity. For example, when the wiring layer L1 is formed of aluminum and the wiring layers L2 and L3 are formed of copper, the heat conductive members L2X and L3X are formed using the wiring layers L2 and L3 having higher thermal conductivity. It is desirable to form. In other words, it is desirable that the wiring layer used as the heat conducting member be formed of a material having a thermal conductivity higher than that of the other wiring layers.
図6は、第1実施形態の一変形例を示す平面図である。本図(A)欄の熱伝導部材90は、トランジスタ10と電気的に接続された配線パターン60を流用したものではなく、トランジスタ10及び熱検出素子31のいずれとも電気的に接続されていないダミー配線パターンを用いて形成されている。 FIG. 6 is a plan view showing a modification of the first embodiment. The heat conducting member 90 in the column (A) of the figure does not divert the wiring pattern 60 electrically connected to the transistor 10, and is a dummy not electrically connected to any of the transistor 10 and the heat detection element 31. It is formed using a wiring pattern.
このような構成とすることにより、配線パターン60と熱伝導部材90を異なる電位点に接続することが可能となる。例えば、本図(A)欄で示したように、熱伝導部材90を接地端に接続しておけば、熱伝導部材90が受けたノイズを接地端に素早く逃がすことができるので、ノイズによる過熱保護回路30の誤動作を低減することが可能となる。 With such a configuration, the wiring pattern 60 and the heat conducting member 90 can be connected to different potential points. For example, as shown in the column (A) of the figure, if the heat conducting member 90 is connected to the ground end, the noise received by the heat conducting member 90 can be quickly dissipated to the ground end. It is possible to reduce the malfunction of the protection circuit 30.
なお、熱伝導部材90は、本図(B)欄で示したように、発熱源であるトランジスタ10の少なくとも一部とオーバーラップしていればよい。このような構成であれば、配線パターン50及び60のサイズを不必要に縮小することなく、配線パターン50及び60から電位的に独立した熱伝導部材90を形成することが可能となる。 The heat conducting member 90 may be overlapped with at least a part of the transistor 10 which is a heat source as shown in the column (B) of the figure. With such a configuration, it is possible to form the heat conduction member 90 which is potentially independent of the wiring patterns 50 and 60 without unnecessarily reducing the size of the wiring patterns 50 and 60.
<第2実施形態>
図7は、半導体装置の第2実施形態(スイッチングレギュレータICへの適用)を示す模式図である。なお、本図の(A)欄は半導体装置2の平面図(上面図)であり、(B)欄は半導体装置2のブロック図である。
Second Embodiment
FIG. 7 is a schematic view showing a second embodiment (application to a switching regulator IC) of the semiconductor device. In the drawing, (A) column is a plan view (top view) of the semiconductor device 2 and (B) column is a block diagram of the semiconductor device 2.
第2実施形態の半導体装置2は、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ210H及びNチャネル型MOS電界効果トランジスタ210Lと、ドライバ220と、過熱保護回路230と、配線パターン240〜260と、パッド270〜290と、を有する。 The semiconductor device 2 of the second embodiment includes a P-channel MOS field effect transistor 210H and an N-channel MOS field effect transistor 210L, a driver 220, an overheat protection circuit 230, wiring patterns 240 to 260, and pads 270 to 290. And.
トランジスタ210Hは、半導体基板に集積化された上側パワートランジスタであり、パッド270(入力電圧Viの入力端)とパッド280(スイッチ電圧Vswの出力端)との間に接続されている。接続関係について具体的に説明すると、トランジスタ210Hのソースは、配線パターン240を介してパッド270と接続されている。トランジスタ210Hのドレインは、配線パターン250を介してパッド280と接続されている。トランジスタ210Hのゲートは、ドライバ220の第1出力端に接続されている。 The transistor 210H is an upper power transistor integrated on a semiconductor substrate, and is connected between the pad 270 (input end of the input voltage Vi) and the pad 280 (output end of the switch voltage Vsw). Specifically describing the connection relationship, the source of the transistor 210 H is connected to the pad 270 through the wiring pattern 240. The drain of the transistor 210 H is connected to the pad 280 via the wiring pattern 250. The gate of the transistor 210H is connected to the first output end of the driver 220.
トランジスタ210Lは、半導体基板に集積化された下側パワートランジスタであり、パッド280とパッド290(接地端)との間に接続されている。接続関係について具体的に説明すると、トランジスタ210Lのドレインは、配線パターン250を介してパッド280と接続されている。トランジスタ210Lのソースは、配線パターン260を介してパッド290と接続されている。トランジスタ210Lのゲートは、ドライバ220の第2出力端に接続されている。 The transistor 210L is a lower power transistor integrated on a semiconductor substrate, and is connected between the pad 280 and the pad 290 (ground end). Specifically describing the connection relationship, the drain of the transistor 210 L is connected to the pad 280 through the wiring pattern 250. The source of the transistor 210 L is connected to the pad 290 through the wiring pattern 260. The gate of the transistor 210L is connected to the second output end of the driver 220.
ドライバ220は、トランジスタ210H及び210Lを相補的にオン/オフさせるように、トランジスタ210H及び210Lのゲート電圧を各々生成する。なお、ここでの「相補的」とは、トランジスタ210H及び210Lのオン/オフ状態が完全に逆転している場合だけでなく、貫通電流防止の観点から、トランジスタ210H及び210Lの同時オフ期間が設けられている場合も含む。このようなオン/オフ制御を行うことにより、入力電圧Viと接地電圧GNDとの間でパルス駆動される矩形波状のスイッチ電圧Vswを生成することができる。なお、半導体装置2の外部において、スイッチ電圧Vswを平滑化することにより、所望の出力電圧Voを生成することができる。 The driver 220 generates gate voltages of the transistors 210H and 210L, respectively, to turn on / off the transistors 210H and 210L complementarily. Here, “complementary” is not only the case where the on / off states of the transistors 210H and 210L are completely reversed, but also the simultaneous off period of the transistors 210H and 210L is provided from the viewpoint of through current prevention. Also includes the case where By performing such on / off control, it is possible to generate a rectangular wave-like switch voltage Vsw which is pulse-driven between the input voltage Vi and the ground voltage GND. A desired output voltage Vo can be generated by smoothing the switch voltage Vsw outside the semiconductor device 2.
過熱保護回路230は、半導体基板に集積化された熱検出素子231を含み、ジャンクション温度Tjが所定の閾値温度Tjmax(例えば150℃や175℃)を上回っているか否かを監視して過熱保護信号S2を生成する。ドライバ220は、過熱保護信号S2が過熱検出時の論理レベル(例えばローレベル)になると、トランジスタ210H及び210Lをいずれも強制的にオフさせる。このような過熱保護動作により、半導体装置2の安全性を高めることができる。 The overheat protection circuit 230 includes the heat detection element 231 integrated on the semiconductor substrate, monitors whether or not the junction temperature Tj exceeds a predetermined threshold temperature Tjmax (eg, 150 ° C. or 175 ° C.), and performs an overheat protection signal. Generate S2. The driver 220 forcibly turns off both the transistors 210H and 210L when the overheat protection signal S2 becomes a logic level (for example, low level) at the time of overheat detection. Such overheat protection operation can enhance the safety of the semiconductor device 2.
なお、第2実施形態の半導体装置2では、トランジスタ210H及び210Lのオン/オフに伴うスイッチングノイズが発生しやすい。そのため、スイッチングノイズによる過熱保護回路230の誤動作を防ぐための手段として、トランジスタ210H及び210Lと過熱保護回路420との間に緩衝帯200を設置することが望ましい。 In the semiconductor device 2 according to the second embodiment, switching noise is apt to occur as the transistors 210H and 210L are turned on / off. Therefore, as a means for preventing a malfunction of the overheat protection circuit 230 due to switching noise, it is desirable to provide a buffer band 200 between the transistors 210H and 210L and the overheat protection circuit 420.
配線パターン240は、トランジスタ210Hのソースとパッド270とを電気的に接続する導電部材(入力ライン)である。配線パターン250は、トランジスタ210H及び210Lのドレインとパッド280とを電気的に接続する導電部材(出力ライン)である。また、配線パターン260は、トランジスタ210Lのソースとパッド290とを電気的に接続する導電部材(接地ライン)である。なお、配線パターン240〜260は、いずれも、導電率の高い金属(アルミニウム、銅、銀、または、金)をパターニングすることによって形成される。 The wiring pattern 240 is a conductive member (input line) that electrically connects the source of the transistor 210H and the pad 270. The wiring pattern 250 is a conductive member (output line) electrically connecting the drains of the transistors 210H and 210L and the pad 280. The wiring pattern 260 is a conductive member (ground line) electrically connecting the source of the transistor 210L and the pad 290. Each of the wiring patterns 240 to 260 is formed by patterning a metal having high conductivity (aluminum, copper, silver, or gold).
パッド270は、入力電圧Viの入力端に相当する金属電極であり、不図示の入力端子にワイヤボンディングされている。パッド280は、スイッチ電圧Vswの出力端に相当する金属電極であり、不図示のスイッチ端子にワイヤボンディングされている。また、パッド290は、接地電圧GNDの印加端に相当する金属電極であり、不図示の接地端子にワイヤボンディングされている。 The pad 270 is a metal electrode corresponding to the input end of the input voltage Vi, and is wire-bonded to an input terminal (not shown). The pad 280 is a metal electrode corresponding to the output end of the switch voltage Vsw, and is wire-bonded to a switch terminal (not shown). The pad 290 is a metal electrode corresponding to an application end of the ground voltage GND, and is wire-bonded to a ground terminal (not shown).
第2実施形態の半導体装置2においても、先の第1実施形態と同様、過熱保護回路230の回路構成ではなく、半導体基板上の配線レイアウトパターンを工夫することにより、過熱保護回路230の感度や精度を向上している。より具体的に述べると、第2実施形態の半導体装置2では、発熱源の一つとなるトランジスタ210Lのソースと電気的に接続された配線パターン260の一部を熱検出素子231まで引き回すことにより、熱検出素子231にオーバーラップした熱伝導部材260Xが形成されている。 Also in the semiconductor device 2 of the second embodiment, the sensitivity of the overheat protection circuit 230 or the sensitivity of the overheat protection circuit 230 can be obtained by devising the wiring layout pattern on the semiconductor substrate instead of the circuit configuration of the overheat protection circuit 230 as in the first embodiment. Accuracy has been improved. More specifically, in the semiconductor device 2 of the second embodiment, a portion of the wiring pattern 260 electrically connected to the source of the transistor 210L, which is one of the heat sources, is routed to the heat detection element 231. A heat conducting member 260X overlapping the heat detecting element 231 is formed.
このような構成とすることにより、過熱保護回路230では、正確かつ迅速にトランジスタ10の発熱を検出することができるようになるので、過熱保護回路230の感度や精度を向上することが可能となる。 With such a configuration, the overheat protection circuit 230 can detect heat generation of the transistor 10 accurately and quickly, so that the sensitivity and accuracy of the overheat protection circuit 230 can be improved. .
なお、第2実施形態の半導体装置2では、トランジスタ210H及び210Lと電気的に接続された配線パターン240〜260のうち、最もノイズの重畳が少ない配線パターン260(接地ライン)を一部流用して熱伝導部材260Xが形成されている。このような構成とすることにより、ノイズによる過熱保護回路230の誤動作を低減することが可能となる。特に、矩形波状のスイッチ電圧Vswが印加される配線パターン250には、スイッチングノイズが重畳しやすいので、配線パターン250を熱伝導部材として流用することは避けた方が良い。 In the semiconductor device 2 of the second embodiment, among the wiring patterns 240 to 260 electrically connected to the transistors 210H and 210L, the wiring pattern 260 (ground line) with the least noise superposition is diverted in part. A heat conducting member 260X is formed. With such a configuration, it is possible to reduce the malfunction of the overheat protection circuit 230 due to noise. In particular, since switching noise is likely to be superimposed on the wiring pattern 250 to which the rectangular switch voltage Vsw is applied, it is better to avoid using the wiring pattern 250 as a heat conducting member.
<電子機器への適用例>
図8はパーソナルコンピュータXの外観図であり、図9はテレビYの外観図である。このような電子機器の電源ICとして、先述の半導体装置1ないし2を用いれば、電子機器の安全性や信頼性を高めることが可能となる。
<Example of application to electronic devices>
FIG. 8 is an external view of the personal computer X, and FIG. 9 is an external view of the television Y. By using the above-described semiconductor devices 1 and 2 as a power supply IC of such an electronic device, it is possible to improve the safety and reliability of the electronic device.
<その他の変形例>
ただし、本発明の適用対象は上記に限定されるものではなく、過熱保護回路を備えた半導体装置全般(例えば、電源IC、電源ドライバIC、パワーマネジメントIC、ロードスイッチIC、モータドライバIC、及び、リセットICなどのパワーデバイス全般)に本発明を適用することが可能である。
<Other Modifications>
However, the application of the present invention is not limited to the above, and semiconductor devices in general provided with an overheat protection circuit (for example, a power supply IC, a power supply driver IC, a power management IC, a load switch IC, a motor driver IC, The present invention can be applied to all power devices such as reset ICs.
また、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。 Further, various technical features disclosed in the present specification can be modified in various ways without departing from the gist of the technical creation other than the above embodiment. That is, the above embodiment should be considered as illustrative in all points and not restrictive, and the technical scope of the present invention is shown by the claims rather than the description of the above embodiment. It is to be understood that the present invention includes all modifications that fall within the meaning and scope equivalent to the claims.
本発明は、半導体装置の安全性や信頼性を高めるために利用することが可能である。 The present invention can be used to enhance the safety and reliability of a semiconductor device.
1、2 半導体装置
10 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ(発熱源)
10S ソース領域
10D ドレイン領域
10G ゲート酸化膜
20 オペアンプ
30 過熱保護回路
31 npn型バイポーラトランジスタ(熱検出素子)
32 バンドギャップ電源部
33〜35 抵抗
36、37 インバータ
40a、40b 抵抗
50、60 配線パターン
60X 熱伝導部材(配線パターン60の一部を流用)
70、80 パッド
90 熱伝導部材(ダミー配線パターン)
101〜103、111〜115 配線パターン
104、116〜118 ビア
200 緩衝帯
210H Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ(発熱源)
210L Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ(発熱源)
220 ドライバ
230 過熱保護回路
231 熱検出素子
240、250、260 配線パターン
260X 熱伝導部材(配線パターン260の一部を流用)
270、280、290 パッド
L1〜L3 配線層
X パーソナルコンピュータ
Y テレビ
1, 2 Semiconductor device 10 P-channel type MOS field effect transistor (heat generation source)
10S source region 10D drain region 10G gate oxide film 20 operational amplifier 30 overheat protection circuit 31 npn bipolar transistor (thermal detection element)
32 band gap power supply section 33 to 35 resistance 36, 37 inverter 40a, 40b resistance 50, 60 wiring pattern 60X heat conducting member (a part of the wiring pattern 60 is diverted)
70, 80 Pad 90 heat conduction member (dummy wiring pattern)
101 to 103, 111 to 115 Wiring pattern 104, 116 to 118 Via 200 Buffer zone 210H P-channel type MOS field effect transistor (heat generation source)
210L N-channel MOS field effect transistor (heat generation source)
220 driver 230 overheat protection circuit 231 heat detecting element 240, 250, 260 wiring pattern 260X heat conducting member (a part of the wiring pattern 260 is diverted)
270, 280, 290 Pad L1 to L3 Wiring layer X Personal computer Y Television
Claims (5)
前記半導体基板よりも高い熱伝導率を持ち前記発熱源及び前記熱検出素子の双方に跨って形成された熱伝導部材と、
を集積化して成り、
前記発熱源は、スイッチング制御されるパワートランジスタであり、
前記熱伝導部材は、前記発熱源と電気的に接続された複数の配線パターンのうち、前記熱検出素子と電気的に接続されておらず、かつ、最もノイズの重畳が少ない接地ラインの一部を前記熱検出素子まで引き回して形成されるものであって、前記半導体基板上に形成された第1配線層及びその上層に積層形成された第2配線層のうち、より熱伝導率の高い前記第2配線層を用いて形成されていることを特徴とする半導体装置。 A heat source and a heat detection element formed on a semiconductor substrate;
A heat conducting member having a thermal conductivity higher than that of the semiconductor substrate and formed over both the heat generating source and the heat detecting element;
Consist of integrating
The heat generation source is a power transistor whose switching is controlled,
The heat conduction member is not electrically connected to the heat detection element among a plurality of wiring patterns electrically connected to the heat generation source, and is a part of a ground line with the least noise superposition. Of the first wiring layer formed on the semiconductor substrate and the second wiring layer laminated on the semiconductor layer and having a higher thermal conductivity. A semiconductor device characterized by using a second wiring layer.
前記第2配線層は、前記発熱源と前記熱検出素子の双方に跨って形成された第3配線パターンを含み、
前記第1配線パターンと前記第3配線パターンは、電気的に接続されている一方、前記第2配線パターンと前記第3配線パターンは、電気的に接続されておらず、
前記第3配線パターンのうち、前記発熱源の端縁部から前記熱検出素子に向けて引き回されている延出部分が前記熱伝導部材に相当することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The first wiring layer includes a first wiring pattern electrically connected to the heat generation source, and a second wiring pattern electrically connected to the heat detection element.
The second wiring layer includes a third wiring pattern formed across both the heat generation source and the heat detection element.
The first wiring pattern and the third wiring pattern are electrically connected, while the second wiring pattern and the third wiring pattern are not electrically connected.
2. The heat conduction member according to claim 1, wherein an extension portion of the third wiring pattern, which is drawn from the edge of the heat source toward the heat detection element, corresponds to the heat conduction member. Semiconductor device.
前記熱伝導部材は、前記下側パワートランジスタと前記接地端との間に敷設された前記接地ラインの一部を前記熱検出素子の上部まで引き回して形成されていることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の半導体装置。 The power transistor includes an upper power transistor and a lower power transistor connected in series between the power supply terminal and the ground terminal,
The heat conduction member may be formed by drawing a part of the ground line laid between the lower power transistor and the ground end to the upper part of the heat detection element. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3.
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